CN113071288A - 一种太阳能车载辅助空调系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及半导体制冷和制热技术领域，具体是一种太阳能车载辅助空调系统，包括太阳能电源模块、档位控制模块、半导体控温模块、至少一组水循环模块和防冻液循环模块；所述半导体控温模块至少包括由热端水冷头、半导体组件和冷端水冷头层叠设置组成的制热装置或制冷装置；所述档位控制模块与太阳能电源模块和半导体控温模块连接，用于控制太阳能电源模块的电能按一定电力参数输送给半导体组件的部分和全部；本发明的有益效果是：设置的半导体控温模块，可快捷辅助汽车空调实现制冷和制热，设置的档位控制模块，可按需控制半导体控温模块；且半导体控温模块控温便捷，制冷效果好，稳定性和安全性高，还可解决冬天车内温度过低的问题。

Description

一种太阳能车载辅助空调系统
技术领域
本发明涉及半导体制冷和制热技术领域，具体是一种太阳能车载辅助空调系统。
背景技术
在夏季，当汽车长时间停放在有阳光照射的地方时，会通过外壳吸收太阳的辐射热，太阳光中的红外线也会透过玻璃窗将热量传递到车内的物品、座椅上，而车内是相对封闭的，热量不易散发出去，导致车内温度很高，外界地面和空气中的温度也很高，会向车辐射和传导热量。
目前普遍的解决办法是：用车之前打开车门散热一段时间，如果赶时间的话，就会直接开启空调进行散热。而汽车空调一般通过发动机进行驱动，由此造成了更多的废气排放，并且恢复到正常温度也需要一定的时间。而且汽车长时间暴晒导致车内外温差很大，车内高温将使人产生强烈的不适感，有可能导致头痛、呼吸困难甚至风热感冒等症状，对驾驶者自身安全健康非常不利。
由于太阳的日照对于车内空间造成闷热，而由于车辆又经常曝晒于太阳的下面，经实验证明当汽车内温度达33摄氏度时，驾驶者会感到焦躁不适。而夏天汽车静止停止在太阳下温度可达到50摄氏度，此时驾驶者无法立即驾驶汽车，需启动汽车空调将汽车车内温度降至30摄氏度左右才可正常驾驶汽车，这段启动汽车引擎、打开汽车空调、降低车内温度的过程不但浪费时间，也浪费汽油。因此，许多人开车之前，必须先打开车窗，让空气流通，并且散热。然而，往往车外的空气亦属高温状态。因此，引进高温对于车室内的高温，并无多大帮助，而等待的时间，驾驶人与乘客亦必须承受相当时间的高温煎熬。
在冬天，尤其是在东北地区的冬天，将汽车停放在室外一段时间后，车内热量会迅速流失，温度会极具降低，车内的低温不仅会导致人们的不适，还会影响汽车的起动性能。
目前普遍的解决方法是：起动汽车之后进行原地热车，即启动发动机后在原地怠速等待使发动机达到工作温度再低速上路，等水温上升到工作温度之后再打开暖风，因此人们必须承受相当时间的寒冷折磨。
现有技术公开了一种太阳能车载辅助空调系统，包括电源模块和单片机控制模块，所述的太阳能车载辅助空调系统还包括制冷装置，制冷装置由至少一组半导体制冷片模块构成；本发明能够使汽车在太阳的暴晒下，通过安置在车顶太阳能电池板发电，同时利用半导体制冷片的帕尔贴效应对车厢内部进行制冷，使车内能保持相对适宜的温度。该装置解决了停泊在烈日下车内温度升高的问题，但是未考虑到辅助空调系统的功率问题，制冷效果差，而且不能解决冬天车内温度过低的问题。
另一种汽车太阳能半导体空调风扇系统，安装在驾驶室外的半导体散热器通过固定半导体散热器螺栓组件固定在驾驶室顶板上，半导体散热器的进气口与室外进气风扇、室内进气风扇联接，室外进气风扇和室内进气风扇的出口处安装由电机驱动的风门，半导体散热器的出口处安装的室内送风扇，通过固定风扇螺栓组件固定在驾驶室顶板上位于驾驶室内，太阳能电池板安装在驾驶室或车箱的上方通过固定太阳能电池板螺栓组件固定；用于汽车的空气和温度调节，向汽车上的人或货物提供温度适宜的冷暖风，主要向驾驶员提供温度适宜冷暖风。该装置提高了舒适性，但该装置采用风冷系统，效率低下，制冷效果差。而且不能根据使用者的需要选用不同的档位，舒适性差。
综上所述，现有技术存在辅助空调系统的功率、解决冬天车内温度过低和制冷效果无法有效结合的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种太阳能车载辅助空调系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种太阳能车载辅助空调系统，包括太阳能电源模块、档位控制模块、半导体控温模块、至少一组水循环模块和防冻液循环模块；所述半导体控温模块至少包括由热端水冷头、半导体组件和冷端水冷头层叠设置组成的制热装置或制冷装置；所述档位控制模块与太阳能电源模块和半导体控温模块连接，用于控制太阳能电源模块的电能按一定电力参数输送给半导体组件的部分和全部；所述水循环模块包括：依次连接的第一水泵、热端水冷头、第一换热器、第一水箱组成的连通回路，依次连接的第二水泵、冷端水冷头、第二换热器、第二水箱组成的连通回路；所述防冻液循环模块包括：依次连接的第三水泵、热端水冷头、第一调节阀组成的连通回路，依次连接的第四水泵、冷端水冷头、第二调节阀组成的连通回路。
作为本发明进一步的方案：所述制热装置还包括设置于第一换热器上的散热单元，所述散热单元的出风口朝向车内；所述制冷装置还包括设置于第二换热器上的风冷单元，所述风冷单元的出风口朝向车内。
作为本发明再进一步的方案：所述半导体组件包括若干排列设置的半导体制冷片。
作为本发明再进一步的方案：所述第一换热器采用纯铝冷排。
作为本发明再进一步的方案：所述第一水箱内设有加热装置，用于加热第一水箱内介质。
作为本发明再进一步的方案：还包括加湿模块，所述加湿模块设置在第一换热器或第二换热器的冷量或热量传递方向。
作为本发明再进一步的方案：所述档位控制模块包括控制器，所述控制器具有多个档位，分别控制半导体组件包含的多个半导体制冷片制冷与制热的切换。
作为本发明再进一步的方案：所述太阳能电源模块包括太阳能电池板和与太阳能电池板连接的蓄电池，蓄电池为半导体控温模块供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：设置的太阳能电源模块为半导体控温模块供电，可快捷辅助汽车空调实现制冷和制热，设置的档位控制模块，可按需控制半导体控温模块的制冷或制热功率，以及制冷与制热的切换；且半导体控温模块控温便捷，制冷效果好，稳定性和安全性高，还可解决冬天车内温度过低的问题。
附图说明
图1为本发明的一个实施例中太阳能车载辅助空调系统的流程示意图。
图2为本发明的一个实施例中半导体控温模块的俯视示意图。
图3为本发明的一个实施例中半导体控温模块的主视示意图。
图4为本发明的一个实施例中控制模块的电路简图。
附图中：1、太阳能电池板；2、控制器；3、蓄电池；4、第一水泵；5、第一水箱；6、加热装置；7、纯铝冷排；8、风扇；9、冷端水冷头；10、半导体制冷片；11、加湿水箱；12、第二水泵；13、第二水箱。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本示例公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
请参阅图1，本发明提供的一个实施例中，一种太阳能车载辅助空调系统，包括太阳能电源模块、档位控制模块、半导体控温模块、至少一组水循环模块和防冻液循环模块；所述半导体控温模块至少包括由热端水冷头、半导体组件和冷端水冷头9层叠设置组成的制热装置或制冷装置；所述档位控制模块与太阳能电源模块和半导体控温模块连接，用于控制太阳能电源模块的电能按一定电力参数输送给半导体组件的部分和全部；所述水循环模块包括：依次连接的第一水泵4、热端水冷头、第一换热器、第一水箱5组成的连通回路，依次连接的第二水泵12、冷端水冷头9、第二换热器、第二水箱13组成的连通回路；所述防冻液循环模块包括：依次连接的第三水泵、热端水冷头、第一调节阀组成的连通回路，依次连接的第四水泵、冷端水冷头、第二调节阀组成的连通回路。
本实施例中，所述制热装置包括层叠设置的热端水冷头、半导体组件和冷端水冷头；所述热端水冷头和冷端水冷头之间填充有导热硅脂。或者，制冷装置包括层叠设置的热端水冷头、半导体组件和冷端水冷头；
或者，通过档位控制模块控制通过半导体组件的电流方向，使半导体组件可在制冷或制热模式间切换而构成制热装置或制冷装置；
本实施例中，所述水循环模块和防冻液循环模块分别设有两组，一组水循环模块包括的第一换热器采用纯铝冷排7，将车内的热量传递到车外；另一组水循环模块包括的第二换热器采用冷排，且与半导体制冷片、冷端水冷头构成导冷部分，将半导体制冷片产生的冷量传递到车内。一组防冻液循环模块由管路依次连接储存防冻液的水箱、第四水泵、冷端水冷头、第二调节阀。另一组防冻液循环模块由运输防冻液的软管依次连接储存防冻液的水箱、第三水泵和第一调节阀，且与半导体制热片、热端水冷头构成导热部分，将半导体制冷片产生的热量传递到车内。或由一多通控制阀控制第四水泵或第三水泵将防冻液的水箱的防冻液泵送至纯铝冷排或冷排。
在另一些场景中，通过热端水冷头与第一水箱5之间设置一个与第一换热器并联的三通阀，使得热端水冷头的介质不经过第一换热器而流回第一水箱5，构成一组防冻液循环模块，另一组防冻液循环模块的连接方式与上述的原理相同。
如图2-4所示，所述半导体组件包括若干排列设置的半导体制冷片10，所述档位控制模块包括控制器2，所述控制器2具有多个档位，分别控制半导体组件包含的多个半导体制冷片制冷与制热的切换；在一个实施例应用场景中，控制器具有一个I档和两个II档。具体的，半导体组件包括五片半导体制冷片，将第一、二片半导体制冷片并联接到第一个II档档位，将第三、四半导体制冷片并联接到第二个II档档位上，将第五半导体制冷片接到I档档位上。这样的话，根据使用者的需要可以分别或同时按下三个档位，使用第一到五片半导体制冷片具有五个档位来进行制冷或制热。多个档位的设置，提高了制冷或制热的灵活性，进而提高了用户的使用体验和舒适性。
通过设置的防冻液循环模块，可以防止在汽车所处环境的温度较低时，如在东北地区的冬天，太阳能车载辅助空调系统的冻结，而造成无法正常使用的问题。解决冬天车内温度过低和制冷效果差的问题。
因此，设置的太阳能电源模块为半导体控温模块供电，可快捷辅助汽车空调实现制冷和制热，设置的档位控制模块，可按需控制半导体控温模块的制冷或制热功率，以及制冷与制热的切换；且半导体控温模块控温便捷，制冷效果好，稳定性和安全性高，还可解决冬天车内温度过低的问题。
在另一个实施例中，所述制热装置还包括设置于第一换热器上的散热单元，所述散热单元的出风口朝向车内；所述制冷装置还包括设置于第二换热器上的风冷单元，所述风冷单元的出风口朝向车内。
具体的，分别在第一换热器和第二换热器上安装风扇8，即在纯铝冷排、冷排上安装风扇8分别构成散热单元和风冷单元；散热单元的风扇是用来给循环水降温用的，水在半导体制冷片热端（与热端水冷头贴合的半导体制冷片表面）吸热，循环到纯铝冷排，通过风扇将热量散到外界环境中（车外）；风冷单元的风扇是往车内吹冷风，冷端制冷产生的空气从冷端的导冷块（图中未画出）的空隙流过，再经过风扇吹出，使车内迅速降温。通过放置在第一水箱内的加热装置加热防冻液，升温后的防冻液通过连通回路将冷端冷量带走，回到水箱内继续被加热；
在实施例中，所述第一水箱内设有加热装置6，用于加热第一水箱内介质。具体的，所述加热装置6包括电加热器和控制开关，所述电加热器通过控制开关电性连接太阳能电源模块，通过控制开关控制电加热器加热第一水箱内介质，即加热水，达到防冻目的。
另一个实施例中，还包括加湿模块，所述加湿模块设置在第一换热器或第二换热器的冷量或热量传递方向。
所述加湿模块由加湿水箱11、吸水纸、百叶窗构成。加湿模块位于散热单元和/或风冷单元的风扇前面，吸水纸吸收加湿水箱11内的水，再由风扇吹出的风将吸水纸上的水带出，以达到加湿空气的目的，提高乘员的乘驾舒适性。
进一步地，可通过调节百叶窗调节出风的大小，改善舒适性。
在另一个实施例中，如图1所示，所述太阳能电源模块包括太阳能电池板1和与太阳能电池板1连接的蓄电池3，蓄电池3为半导体控温模块供电。
所述太阳能电池板1采用柔性太阳能电池板，柔性太阳能电池板安装在汽车车顶，其中，柔性太阳能电池板与所述的蓄电池连接，蓄电池与控制器连接，电源模块开关设置于柔性太阳能电池板、蓄电池之间；太阳能电源模块通过柔性太阳能电池板产生直流电，通过设置稳压电路使输出的电压稳定，系统闲置时，为蓄电池充电，工作时则将蓄电池作为整个系统的电源，半导体制冷片的上、下表面分别与热端水冷头、冷端导冷块或冷端水冷头紧贴，且相邻两层之间缝隙均填充有导热硅脂；制冷装置对车内提供冷气进行降温，水循环模块用于将整个系统产生的热量通过介质（水）排放到外界环境中；制热装置对车内提供热气进行升温，利用第一水箱内被加热装置加热过的防冻液，通过循环回路将半导体制冷片冷端的冷量带出，通过冷端将热量传递到热端，再通过热端将热量传递到车内。
本实施例中，所述介质选用水，防冻液可选用乙二醇防冻液，是一种无公害低成本的介质，相比与其他介质较环保；所述第一、二水泵为12V，4.8W，所述纯铝冷排为AT-360-8，大小为400*120*27mm；所述半导体制冷片为TEC-120715，功率为134W；所述风扇的额定电压为12V；所述柔性太阳能电池板大小为1600*900mm；所述太阳能蓄电池的额定电压为12V，额定容量为100Ah，最大充电电流35A；所述控制器额定电压为12V，额定电流为20A。
本发明的工作原理：太阳能电源模块通过柔性太阳能电池板产生直流电，通过设置稳压电路使输出的电压稳定，系统闲置时，为蓄电池充电，工作时则将蓄电池作为整个系统的电源，半导体制冷片的上、下表面分别与热端水冷头、冷端导冷块紧贴，且相邻两层之间缝隙均填充有导热硅脂；制冷装置对车内提供冷气进行降温，水循环模块用于将整个系统产生的热量通过介质（水）排放到外界环境中；制热装置对车内提供热气进行升温，利用第一水箱内被加热装置加热过的防冻液，通过循环回路将半导体制冷片冷端的冷量带出，通过冷端将热量传递到热端，再通过热端将热量传递到车内。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，包括太阳能电源模块、档位控制模块、半导体控温模块、至少一组水循环模块和防冻液循环模块；
所述半导体控温模块至少包括由热端水冷头、半导体组件和冷端水冷头层叠设置组成的制热装置或制冷装置；
所述档位控制模块与太阳能电源模块和半导体控温模块连接，用于控制太阳能电源模块的电能按一定电力参数输送给半导体组件的部分和全部；
所述水循环模块包括：依次连接的第一水泵、热端水冷头、第一换热器、第一水箱组成的连通回路，依次连接的第二水泵、冷端水冷头、第二换热器、第二水箱组成的连通回路；
所述防冻液循环模块包括：依次连接的第三水泵、热端水冷头、第一调节阀组成的连通回路，依次连接的第四水泵、冷端水冷头、第二调节阀组成的连通回路。
2.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，所述制热装置还包括设置于第一换热器上的散热单元，所述散热单元的出风口朝向车内。
3.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，所述制冷装置还包括设置于第二换热器上的风冷单元，所述风冷单元的出风口朝向车内。
4.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，所述半导体组件包括若干排列设置的半导体制冷片。
5.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，所述第一换热器采用纯铝冷排。
6.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，所述第一水箱内设有加热装置，用于加热第一水箱内介质。
7.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，还包括加湿模块，所述加湿模块设置在第一换热器或第二换热器的冷量或热量传递方向。
8.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，所述热端水冷头和冷端水冷头之间填充有导热硅脂。
9.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，所述档位控制模块包括控制器，所述控制器具有多个档位，分别控制半导体组件包含的多个半导体制冷片制冷与制热的切换。
10.根据权利要求1所述的太阳能车载辅助空调系统，其特征在于，所述太阳能电源模块包括太阳能电池板和与太阳能电池板连接的蓄电池，蓄电池为半导体控温模块供电。
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